基于有限质点法的单层球面网壳强震作用下的连续倒塌破坏研究

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本文以向量式力学为基础,以有限质点法为核心,综合考虑结构的几何非线性、材料非线性、构件断裂这三个方面,研究了单层球面网壳结构在地震作用下的连续倒塌破坏,并对结构的抗连续倒塌进行设计研究。  本文阐述了有限质点法的基本理论和方法,重点包含三个部分,结构的―点值描述‖、―途径单元‖、―虚拟运动‖,通过三个基本概念将复杂的结构问题描述成一系列物理方程。文中详细推导了空间梁单元结构的控制方程,以及梁单元结构的荷载和约束处理方式。  本文采用了直接输入法模拟地震作用下大跨度空间结构的连续倒塌破坏过程,推导了直接输入法的基本求解公式;基于有限质点法的基本方程采用的是中心差分法进行计算求解,本文采用直接输入法输入地震波,更有效直观反应结构的地震作用。  对强震作用下不同网格类型的球面网壳进行倒塌模式分析,研究矢跨比、网格数等参数对结构倒塌模式的影响;对比考虑和不考虑行波效应对结构响应影响的差别;最后通过局部加强法对单层球面网壳结构进行抗倒塌能力设计,讨论了不同设计情况下结构的倒塌时间,验证了有限质点法在空间结构连续倒塌破坏模拟中的高效性。
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